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ナノテクノロジー・材料基盤技術

世界の研究トレンドと日本の課題

2017年1月25日内閣府総合科学技術・イノベーション会議ナノテクノロジー・材料基盤技術分科会

※本内容は2017年3月発行予定のCRDS研究開発の俯瞰報告書ナノテクノロジー・材料分野（2017年版）にもとづく

永野智己CRDSナノテクノロジー・材料ユニット

資料２－２

CRDS俯瞰報告書ﾅﾉﾃｸ・材料分野2017／メインメッセージ技術革新の世界的潮流

来たるIoT/AI時代に活躍するデバイスおよび構成素材は先端ナノテクノロジーの塊になる AIチップ、IoTセンサ、クラウド、自動車・輸送機器、ロボット、モバイル、エネ変換デバイス、診断・治療・計測デバイスなど、ハード側は先端ナノテクが競争を左右

新コンピューティング／新アーキテクチャへの挑戦 これらに使われる新素材は、データドリブンの材料設計（マテリアルズ・インフォマティクス）から生み出そうとする大きな流れ。しかし勝者はまだ不在

過去15年間あまりで蓄積された個々のナノ要素技術が、融合し、製品・システム化され市場へ浸透していく

ナノテクで実現された製品（nano enabled products）市場は1.6兆ドルに成長（2012-14年で2倍, LuxResearch社2014年）

日本の位置づけ

元素戦略、分子(制御)技術、蓄電池材料、電子材料、パワー半導体、先端構造材料など、物質創製・材料設計技術に日本の歴史的特徴にもとづく強み

そこで用いられる計測評価・分析・品質管理も強い これらが活きるかたちで省エネ・低環境負荷技術にアドバンテージ 一方、弱点は、計算・データ科学、ソフト・標準化・規制戦略、医療応用や、水平連携・産学連携、ナノテク特有のELSI・EHS、K-12教育・コミュニケーション、に大きな課題あり

挑戦課題

異分野融合／深みのある研究開発と水平・垂直連携の両立府省連携・産学連携／研究開発フェーズや時間ギャップの解消→ 先端研究開発と事業化トライアルのエコシステム形成 （ex,アジアのR&Dを吸引）

１０の具体的挑戦課題（後述）

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１章 目的と構成

２章 俯瞰対象（ナノテクノロジー・材料）分野の全体像 （=100ページ相当）

2.1 分野の範囲と構造

2.1.1 ナノテクノロジー・材料の定義と分野の特徴

2.1.2 ナノテクノロジー・材料への社会的期待と実現への課題

2.1.3 ナノテクノロジー・材料分野の俯瞰図

2.2 分野の歴史、現状、及び今後の方向性

2.2.1 分野の変遷 ～国際動向と日本～

2.2.1.1 ナノテクノロジー・材料の進化

2.2.1.2 主要国の基本政策と代表的な研究開発ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ･ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ

2.2.1.3 研究コミュニティと研究者の動向

2.2.1.4 世界の研究開発の動向

2.2.1.5 産業動向

2.2.1.6 世界のR&Dイノベーション促進方策

2.2.2 今後の展望と日本の課題

2.2.2.1 ナノテクノロジー・材料の今後の方向性と挑戦課題

３章 研究開発領域 →３７の主要研究領域の最新動向を詳述 （=400ページ相当）

CRDS俯瞰報告書の目次

3※本報告書作成の過程で、240名の産学官の専門家・識者がワークショップ参加・インタビュー・情報提供等で協力

実世界

IoT

クラウド

センシングアクチュエーションディスプレー

ホーム 車エネルギー 健康・医療工場・オフィス

見守りﾛﾎﾞｯﾄ ３Dﾌﾟﾘﾝﾃｨﾝｸﾞ 自動運転 ｳｴｱﾗﾌﾞﾙ

介護、VR 産業ﾛﾎﾞｯﾄ 遠隔医療

ｽﾏｰﾄﾒｰﾀ

ｴﾈﾙｷﾞｰｸﾞﾘｯﾄﾞ CO2ﾌﾘｰ

超スマート社会（Society 5.0）

ネットワーク（NW）

ビッグデータの解析

AI at Edge

新しい知識、知見の創出

高性能コンピュータ（HPC）

大容量ストレージ

金融

自動取引

FinTech

データ集約でNW負荷低減

リアルタイム処理

新たに多様なﾋﾞｼﾞﾈｽの出現

AI at Edge

Deep Learning（GPU)

Quantum-Comp.(Superconductor) AI

ｱｸｾﾗﾚｰﾀ

Neuro-Comp.(Memristor)

Other Emergingarchitecture

音声・画像・映像認識 機械学習 最適化・推論 自然言語処理

IoT/AIが切り拓く超スマート社会（Society5.0)

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先鋭化 融合化 システム化

要素技術のナノスケールの極限性能追求・実現

極限まで先鋭化された要素技術同士の学際的な研究を通じ異分野融合を惹起。他技術と結合して新機能を有する新しい融合ナノテクに進化

課題解決に資する高度な機能を提供する部品・装置・システム。先鋭化した諸々の要素技術が融合して新しく生まれた融合ナノ・材料技術を、価値創出システムへと統合構成する

ex.計測技術対象がマクロスケールのバルク結晶から、原子・分子個々の分解能の走査型プローブ顕微鏡や収差補正電子顕微鏡、単分子分光技術等へ進化。これらにより初めて明らかになった構造は、新しい材料設計アイデアの創出へつながる

ex. 環境・エネルギー応用キーデバイスとしての太陽電池、燃料電池、蓄電池、さらには人工光合成、ガス分離などへの期待。特に素材のイノベーションが要求され、デバイスを構成する電極・電解質材料など個々の材料の性能追求ではなく、デバイス全体としての性能向上に向けた構成要素材料群の最適化が必要であり、融合化技術が不可欠

ex. ライフ・ヘルスケア応用生命科学の膨大な知の集積と最先端半導体技術、電子・光技術との融合から生まれるイノベーション。マイクロ流路など人工ナノデバイス上でDNAや単一細胞・分子の検出・同定を行う。ナノ粒子をDDSの輸送物質として活用したり、足場材料を導入する事でiPS細胞を固定し所望の組織に分化誘導するなど、診断・治療の革新を目指す

ex.微細加工10nm 以下の領域へ突入する素子の微細化技術、リソグラフィを始め、製造に関わる全ての要素技術の革新が求められている。先鋭化の過程は新しい概念も登場させながら、不断の研究開発が必須

ex. エレクトロニクス応用微細化に伴い、ゲート絶縁膜の薄膜化が要求、既存のSiO2膜では素子性

能の向上は期待できず、高誘電体材料の開発、新規ゲート電極材料の開発が不可欠。微細化技術の追求とそれに伴う新材料の導入・開発を合体させた融合化技術の登場が、LSI の性能向上には必須条件

ex. エレクトロニクス応用メモリ、演算、通信、センシング、イメージング、エネルギー供給といった多様な機能を複数チップで実現、それらを３次元的にヘテロ集積した一体化システムを実現する期待が高まっている。小型のAIを搭載したロボットや、生活を支援してくれるナビゲータのようなシステムが可能になる

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新しい技術の登場と社会課題の顕在化によってナノテク・材料の３つの技術世代は重層的且つ階層的に進化する

ナノテクノロジー・材料分野の研究開発俯瞰図（2017年版）

ナノサイエンス物質科学、量子科学、光科学、生命科学、情報科学、数理科学

製造・加工・合成 計測・解析・評価 理論・計算

フォトリソグラフィナノインプリントビーム加工インクジェット

自己組織化結晶成長薄膜、コーティング付加製造（積層造形）

第一原理計算分子動力学法分子軌道法

モンテカルロ法フェーズ・フィールド法有限要素法

電子顕微鏡走査型プローブ顕微鏡X線・放射光計測中性子線計測

共通基盤科学技術

マテリアルズ・インフォマティクス

元素戦略 分子技術 トポロジカル絶縁体 ナノカーボン

ハイブリッド材料 ナノ粒子・クラスター低次元物質

物質設計・制御

分子マシン マイクロ・ナノフルイディクス超分子 ナノトライボロジー

ナノ界面・ナノ空間制御バイオ・人工物界面 バイオミメティクス

ナノ熱制御機能設計・制御

金属有機構造体（MOF）量子ドット

メタマテリアル

機能と物質の設計・制御

科学

基盤技術

デバイス・部素材

社会実装

物質・機能

環境・エネルギー ライフ・ヘルスケア 社会インフラ ICT・エレクトロニクス

太陽電池人工光合成、光触媒燃料電池熱電変換蓄電デバイス（電池、キャパシタ）パワー半導体グリーン触媒分離材料・分離工学エネルギーキャリア超電導送電、バイオマス

生体材料（バイオマテリアル）再生医療材料ナノ薬物送達システム（DDS）バイオ計測・診断デバイス脳・神経計測バイオイメージング

構造材料（金属、複合材料、マルチマテリアル）非破壊検査腐食試験法劣化センシング技術劣化予測・シミュレーション接合・接着・コーティング

超低消費電力 IoT/AIチップスピントロニクス二次元機能性原子薄膜フォトニクス有機エレクトロニクスMEMS・センシングデバイスエネルギーハーベスト三次元へテロ集積量子コンピューティングロボット基盤技術

産学官連携・オープンイノベーション方策

国際連携・グローバル戦略

府省連携

異分野融合の促進策

先端研究インフラPF

ELSI

・EHS

中長期の人材育成・教育施策

国際標準化・規制戦略

知的財産の蓄積・活用策

共通支援策

システム化 量産化 高機能／コスト 信頼性 環境負荷 安全性 省エネ・省資源プロセス リサイクル

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俯瞰区分 研究開発領域

環境・エネルギー応用

太陽電池

人工光合成

燃料電池

熱電変換

蓄電デバイス

パワー半導体

グリーン触媒

分離技術

ライフ・ヘルスケア応用

生体材料（バイオマテリアル）

再生医療材料

ナノ薬物送達システム（DDS）

計測・診断デバイス

脳・神経計測

バイオイメージング

俯瞰区分 研究開発領域

ICT・エレクトロニクス応用

超低消費電力（ナノエレクトロニクスデバイス）

スピントロニクス

二次元機能性原子薄膜

フォトニクス

有機エレクトロニクス

MEMS・センシングデバイス

エネルギーハーベスティング

三次元ヘテロ集積

量子コンピューティング

ロボット基盤技術

社会インフラ応用

構造材料（金属、複合材料）

非破壊検査・劣化予測

接合・接着・コーティング

俯瞰区分 研究開発領域

機能設計・制御

空間空隙設計制御

バイオミメティクス

分子技術

元素戦略・希少元素代替

マテリアルズ・インフォマティクス

フォノンエンジニアリング

俯瞰区分 研究開発領域

共通基盤科学技術

加工・プロセス

加工・プロセス技術

計測・分析

ナノ・オペランド計測技術（SPM、TEM、放射光・X線、分光、etc）

理論・計算

物質・材料シミュレーション

共通支援策

ELSI・EHS ナノテクノロジーのELSI/EHS、国際標準

37の主要研究開発領域 （報告書第3章に詳細動向を掲載）

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【社会科学】社会学、政治学（政策論、国際関係論）、エネルギー経済学、環境経済学 等【応用科学】熱機関工学、機械工学、化学工学、プラント工学、材料工学、原子力工学、資源工学、電気電子工学、 土木工学、建築工学、環境学 等【基礎科学】熱力学、燃焼学、伝熱学、流体力学、電磁気学、電気化学、触媒化学、原子核物理学、地球物理学、 生態学 等【 基 礎 】物理学、統計力学、化学、生物学、情報学、計算科学 等

学術研究

共通要素技術

エネルギー供給（資源開発/エネルギー・物質変換） エネルギー利用(高効率利用/高度利用）

構成技術

「安定供給」、「経済効率性の向上」による低コストでのエネルギー供給および需給バランス調整を実現し、同時に「環境への適合」を図る、いわゆる「３Ｅ+Ｓ」を同時に克服するための研究開発

定義

社会技術 ・評価法（コベネフィットなど）、制度設計、方法論（トラジションマネジメントなど）、行動科学など

蓄エネルギー• 蓄電池（キャパシタ含む）• 蓄電(蓄電池以外）CAES/フライホイール/揚水

• 蓄熱

エネルギーキャリア• 水素 ・アンモニア• 有機ハイドライド

出力調整技術• 在来型電源の出力調整• 変動電源の出力調整

送配電• 高圧直流送電• 超伝導ケーブル• 潮流安定化技術（FACTS)

分散協調型EMS• デマンドレスポンス• EVとの連携• 階層的システム制御

エネルギーシステム予測・評価

• 最適化モデル• 需要予測モデル

電気 熱・燃料キャリア

エネルギーネットワーク（発送電・エネルギー配送/配電・熱供給/需要家内）

資源開発• 海底資源探鉱/採掘• メタンハイドレイド

安全技術

原子炉技術• 新型原子炉

高効率火力発電• 全負荷帯高効率化• 高温材料

燃料電池発電• SOFC耐久性/効率向上• IGFC発電

太陽光• 光電池材料 ・集光型• 人工光合成

風力• 洋上発電• 調整力向上技術

地熱• バイナリ発電 ・EGS発電

バイオマス• 藻類バイオマス燃料• バイオリファイナリー

CCUS• CO2分離・貯留• CO2利用技術

石油の高度利用• 重油の化学品利用• バイオ混合利用

低品位炭改質• 乾燥/脱水 ・改質

次世代交通運輸システム• 自動運転(自動車）• 高度地図情報 ・ITS

次世代自動車• パワートレイン• 軽量化• 蓄電池• 燃料電池

原子力 再生可能 運輸

水力

海洋エネルギー

天然ガスの高効率利用• トリジェネレーション• LNG冷熱利用 断熱・遮熱・調光技術

• 断熱技術• 調光窓 ・固体照明

熱利用機器• コジェネ：燃料電池• ヒートポンプ ・空調• 太陽熱/地中熱利用• 蓄熱技術

民生化石

建物・地域の統合的高効率化

• HEMS/BEMS/CEMS• ZEH/ZEB• センシング

新規プロセス技術• 中低温作動電解質反応• 高付加価値化

製鉄技術• 水素利用• 省エネ技術

次世代輸送機器（自動車以外）

• 軽量化• 排気対応（航空機/船舶）

産業

エネルギー材料（ナノ材料）• 光電池 ・固体イオニクス材料• 蓄電材料・パワー半導体材料• 調光素子 ・超伝導材料• 固体照明素子• 断熱材料 ・軽量材料• 耐熱材料 ・分離膜

計測技術• In-Situ分析• 衛星観測

システム技術• システム設計• システム制御技術• 建物/都市システム設計• システム最適化評価• エンジニアリング

製造プロセス技術• ナノ材料製造技術• デバイス製造技術

数理モデル• 流体拡散/反応シミュレーション• 構造解析シミュレーション• 複雑系ネットワーク理論• 最適化• 制御理論

ICT/ビッグデータ活用• センシングデータ処理技術• 大規模データ解析技術• サイバーセキュリティ

燃料管理・処分技術• バックエンド

電力系統運用技術• 最適運用モデル• PV/風力発電予測技術

配電/家屋内• 直流化• デジタル化、パケット化

広域監視・制御技術パワエレ・応用機器

• PCS ・FACTS

計算科学• 第一原理計算• 分子動力学法

基盤技術：製造(鍛造・鋳造、冶金、粉体、接合、精密加工等)、材料、構造・強度、機械、燃焼、伝熱、流体、振動、化学、電気など

反応制御技術• 光反応触媒• 固体触媒• 電気化学触媒• 反応速度解析/熱力学解析

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（参考）エネルギー分野の研究開発俯瞰図（2017年版）

日本◆第5期基本計画では、Society5.0 の実現へ向けた11のシステムの一つとして「統合型材料開発システム」を特定。「素材・ﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ」は新たな価値創出のコアのとなる強みを有する基盤技術の一つ。

米国

◆National Nanotechnology Initiative（2001-）-第6次NNI戦略プラン(2016-) 省庁横断テーマ NSI（Nanotechnology Signature Initiative）を更新-National Strategic Computing Initiative やBRAIN Initiativeと連携し、新コンピューティング開発

◆Materials Genome Initiative(2011-)-実験ツール、計算機、データの連携により、研究室での新材料の発見から製造までの時間を半減

欧州

EU◆Horizon 2020（2014-） -Key Enabling Technologies（KETs)として、ナノテクノロジー、先進材料、マイクロ・ ナノエレクトロニクス、フォトニクス、バイオテクノノロジー、先進製造を選定。-FET（Future and Emerging Technologies）プロジェクトの一つ、Graphene Flagshipを開始

独◆Action Plan Nanotechnology 2020 を開始(2016-)-新ハイテク戦略の一環としてBMBFを中心に7省が連携して策定

英

◆UK Nanotechnologies Strategy (2010-)-BISが中心となった省庁横断の国家ナノテクノロジー戦略

◆UK COMPOSITES STRATEGY(2009-)-BISを中心に航空機、自動車向けの耐久性が高く軽量かつ高性能な複合材料の開発

仏◆France Europe 2020(2013-)-先進材料、ﾅﾉｴﾚ、ﾅﾉﾏﾃﾘｱﾙ、ﾏｲｸﾛ･ﾅﾉ流体工学が優先領域

中国

◆国家中長期科学技術発展計画綱要(2006-2020) -先端技術8分野の一つに「新材料技術」、重大科学研究4分野の一つに「ナノ研究」-第13次5か年計画 2030年を見据えた15の重大科学技術プロジェクトに「重点的新材料」「量子通信・量子コンピュータ」「スマート製造・ロボット」「航空エンジン・ガスタービン」等を指定

韓国

◆第三次科学技術基本計画(2013-2017)-30重点国家戦略技術の一つに「先端素材技術（無機、有機、炭素等）」

◆Korea Nanotechnology Initiative（2001-）は第4期目に（2016-2025）-製造業のリーディング技術開発、ナノテク産業のグローバルリーダー

主要国のナノテク・材料基本政策・国家戦略

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元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞ 統合型材料開発プロジェクト ナノテクノロジープラットフォーム 革新的材料開発力強化プログラム (H29年度新新規) 省エネルギー社会の実現に資する次世代半導体研究開発 光・量子融合連携研究開発プログラム 最先端の光の創成を目指したネットワーク研究拠点プログラム

超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト 高機能リグノセルロースナノファイバーの一貫製造プロセスと部材化技術開発 革新的新構造材料等技術開発プロジェクト 革新的水素エネルギー貯蔵・輸送等技術開発 IoT推進のための横断技術開発プロジェクト 次世代人工知能・ロボット中核技術開発 輸送機器の抜本的な軽量化に資する新構造材料等の技術開発事業 省エネ型化学品製造プロセス技術の開発事業

経済産業省経済産業省

文部科学省文部科学省

日本の主な研究開発プログラム ※ナノテク・材料関連を抜粋

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社会の期待や産業的要請の観点に加え、R&Dの世界動向における新しい展開・科学的発見・イノベーティブな新技術の可能性(芽)が見えつつあるホット領域を抽出

化学プロセス分離工程の省エネ化、環境汚染物質除去、来たる水素社会に向けたガス分離・吸蔵、鉱物資源分離、医療など広範な分野における分離・吸着機能材料・システムの研究開発。近年の新材料・ナノ構造制御技術や、計測・ｼﾐｭﾃｰｼｮﾝの進展を最大限活用し、実現へ向かう

分離技術 （分離工学ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ）“温暖化ｶﾞｽ分離、化学ﾌﾟﾛｾｽ、水素社会”、“浄化”、“医薬物質分離”

生体/人工物間相互作用制御ﾊﾞｲｵ材料･ﾃﾞﾊﾞｲｽ “生体・人工物界面制御、組織・細胞分析・制御”

IoT/AIチップ革新“ｾﾝｻｼﾝｸﾞ、ｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨﾝｸﾞ、ﾈｯﾄﾜｰｸ､新

ｱｰｷﾃｸﾁｬﾃﾞﾊﾞｲｽ”

ﾅﾉ‒ IT-ﾒｶ統合 Manufacturing“Bio - Inspired 製造・ﾌﾟﾛｾｽ､

Smart Robotics ”

量子系の統合設計・制御技術“電子、光子、スピン、フォノン統合、ト

ポロジカル量子“

データ駆動型新材料設計Materials Informatics

生体内における材料と生体分子、細胞の間に働くナノレベルの相互作用を可視化・解析。半導体チップ、マイクロ流路上に細胞、タンパク質、DNAを搭載、分子レベルの相互作用を制御、診断・創薬スクリーニングに応用。日本が蓄積してきた先端半導体微細加工技術やイメージング技術を、新規バイオ材料・デバイスの開発に繋げ、ヘルスケア領域のニーズへ展開。

センシング、次世代コンピューティング（ニューロ、量子）、ネットワーク等の機能を、超小型・低コスト半導体チップに集積し、安全・安心・福祉領域や健康管理・心身機能強化、新サービスの可能性を拡げるデバイスへと発展させる。近年のナノシステムデバイス研究が鍵となる

生物が低エネルギーで実現している構造や機能、プロセス・駆動機構に学び、人工的に再構築。3Dプリンティングなどを使ったバイオ・インスパイアード技術や、小型・軽量・高出力の自律・協調動作ロボットを実現する。生物機構のモデリング技術や新ソフト材料が登場し、世界的な注目領域になりつつある

・電子、光子、スピンに加え、熱の起源「フォノン」を量子力学的に統合した統合制御技術を構築。ICTの進歩に伴い避けられなくなってきた発熱問題を、熱の起源から制御。・ﾄﾎﾟﾛｼﾞｶﾙ量子状態を人為的に制御する新技術・新材料の登場で、量子ｺﾝﾋﾟｭｰﾀの実現が期待

発見から実用化までに３０年かかるとされる材料開発のコストと時間を短縮する。データ科学を徹底活用した新材料探索・設計アプローチ。より複雑化・多元化する高機能材料への期待を、データ科学、人工知能(AI)、機械学習と連携した新アプローチによって克服する

オペランド計測“実環境・超解像・時空間分解”

ﾅﾉ動力学制御のｽｰﾊﾟｰ複合材料開発 “物質と力の関係から新材料を”

マクロな機械的応力に対するナノサイズの分子集合体の挙動に関する，新しい知見を積み上げ、新たな発展の基盤を構築～ソフトマテリアルの応力集中現象、レオロジー，機能性分子の力学挙動などナノ領域の力学挙動を研究する

物質から生物にわたる広範囲の対象に対し、先端計測技術を用いたオペランド(実動作下)観測を適用し、解析することによって、新物質の探索、電池・触媒・デバイス等の開発、生物現象の解明を図る。新材料創成や医薬品・生物生産向上におけるイノベーションへの期待。

ナノテク・材料分野の研究開発のグランドチャレンジ

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現状CMOS

ﾒﾓﾘｽﾀｰ

ｽﾋﾟﾝﾄﾛﾆｸｽ

CNT & ｸﾞﾗﾌｪﾝ

ﾄﾝﾈﾘﾝｸﾞFET

原子ｽｲｯﾁ

閾値可変素子

FPGA

不揮発性ﾛｼﾞｯｸ

ﾃﾞｰﾀﾌﾛｰﾏｼｰﾝ

ﾆｭｰﾛｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨﾝｸﾞ

量子ｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨﾝｸﾞ

SoC TSV

近接場電磁界結合

FO-WLP

ﾍﾃﾛ３次元集積

FPGA：Field Programmable Gate Array, FET：Field Effect Transistor, SoC：Silicon on Chip,TSV：Through Silicon Via, FO-WLP：Fan-Out Wafer Level Package

３D/２．５D積層

将来のコンピューティング技術に向けた技術潮流

将来ｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨﾝｸﾞ高性能低消費電力

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IoT/AIチップ革新

1900～1930量子力学

素粒子物理

物性物理 バンド理論（金属・半導体・絶縁体）

1911Hg超伝導

1957BCS理論（クーパー対）

1986高温超伝導

強相関物理

1980量子ホール効果（極低温・強磁場）

2005量子スピンホール効果（室温・ゼロ磁場）

トポロジカル物質

相対論的効果

非相対論的効果

相対論的効果（スピン軌道相互作用）

マヨラナ粒子、ワイル粒子、ディラック粒子などの概念を導入

半導体エレクトロニクス

電子産業

電力応用超高感度計測

量子力学新時代

トポロジカル超伝導

ワイル半金属、トポロジカル強相関系、量子スピン液体、電荷・スピンの分数化

フェルミ粒子

ボース粒子

位相幾何学（トポロジー）

数学

②超低消費ｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨﾝｸﾞﾁｯﾌﾟ／熱電変換素子

①量子ｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨﾝｸﾞ

③通信用光集積回路

トポロジカル量子物質が拓くデバイスイノベーション

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の無散乱走行

電子・スピン

科学･技術の発展

期待される社会への貢献

脳・神経科学

バイオサイエンス・

バイオテクノロジー

分子レベル 細胞レベル 生体組織・個体レベル

健康・医療・福祉

食・環境・エネルギー

情報通信・社会インフラ

分子ナノシステム分子ナノシステム

1分子解析1分子解析

人工抗体・ペプチド人工抗体・ペプチド

ロボット・

ウェアラブル技術

単一細胞解析単一細胞解析

細胞イメージング細胞イメージング 組織・生体イメージング組織・生体イメージング

マイクロ・ナノ流体デバイスマイクロ・ナノ流体デバイス

マルチスケールバイオセンサマルチスケールバイオセンサ

ナノDDS・ナノ治療ナノDDS・ナノ治療

再生医療再生医療

治療・診断技術

バイオマテリアルバイオマテリアル

バイオナノ小胞バイオナノ小胞

バイオ分子技術バイオ分子技術 生理機能光操作生理機能光操作

全細胞解析全細胞解析

マルチスケール・オンサイト(in situ, intra vital)イメージングマルチスケール・オンサイト(in situ, intra vital)イメージング

デジタル診断・単一細胞診断デジタル診断・単一細胞診断

分子イメージング分子イメージング

計測・解析

創製・制御

材料・デバイス

合成生物学合成生物学

分子ロボティクス・人工細胞・バイオアクチュエータ分子ロボティクス・人工細胞・バイオアクチュエータ

セラノスティクスセラノスティクス

ナノマシン・ナノマイクロロボットナノマシン・ナノマイクロロボット

バイオナノシステムデザインバイオナノシステムデザイン

In cell, in vivo シークエンスIn cell, in vivo シークエンス1粒子解析1粒子解析

「バイオ・ライフ」と「ナノテク・材料」の融合研究領域

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ISO-TC229 （国際標準化機構）OECD-WPMN（工業ナノ材料作業部会）

欧州各国届出規制米国有害物質規制法（TSCA）

欧州ナノラベリング制度

安全情報収集体制

欧州責任ある研究開発（Science in Society）

Public Engagement

科学技術者の社会リテラシー情報共有から協働（共創）へ

リスク専門家体制

国際的な枠組と規制動向

日本の課題

関連分野・項目

ナノテクノロジーELSI/EHSの戦略的体制

行政 産業

研究

OECD ISOPublic Engagementコミュニケーションコラボレーション

戦略的科学技術・産業振興

責任ある研究・イノベーション

＜人工ナノマテリアルの出現＞同一分子式・重量でもサイズ、形状、表面により機能活性と有害性が大きく変化

＜従来の化学物質リスク管理＞分子的同一性を前提とする重量管理

新たなリスク管理の検討が必要

ナノテクの特徴

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ナノテクノロジーELSI/EHS の戦略的取組課題

●施策および施策間連携における問題・共通研究開発インフラ・装置の長期的な視点での維持・更新管理が困難・施策を策定する行政官の任期が短く、長期的な責任体制が担保されない・新しい施策や物珍しいものが予算獲得に有利になり、真に重要な施策が発展しない・研究プロジェクトの失敗や戦略変更を考慮した仕組みが欠如・インセンティブの無い状況では現場の連携促進は困難、むしろ疲弊・組織間連携を進めるための研究以外のマネジメントの欠如、先導する人材が希少・ナノテクノロジー・材料全体を俯瞰し関係府省・機関間で議論する継続的な場の欠如

☆先端研究開発インフラの将来戦略、成長する研究開発施設・拠点の在り方

・関連分野を俯瞰した戦略づくりと、関係府省が共同して大きな施策を構築していくシステマティックな仕組み作り・行政官が入れ替わっても、責任を継承し施策・拠点を発展させる仕組み・将来を考慮した、施設・設備の更新戦略やプロジェクト立案、柔軟な戦略変更・大型研究施設・研究拠点の運営における、上位視点での方針策定と、関係者間の共有

☆施策間連携、機関間連携、府省間連携、現場の連携

・CSTIが司令塔となり、長期的な視点で、関係省庁が意見交換・議論して戦略を構築・実現していく場の継続・府省間の連携を実質的なものにするため、現場では大学、国研、企業の研究者がアンダーワンルーフの形で参画し、一体的にマネジメントする仕組み・研究現場での実質的な連携を促進するための共通ゴールの設定、連携のモチベーション・インセンティブの設計・付与

方向性

研究開発力強化に求められる施策間連携の課題

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海外連携R&D拠点

次世代半導体R&Dﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ

“ ”新材料･ﾃﾞﾊﾞｲｽ,新ｱｰｷ・ｿﾌﾄ実証”

国内量産 海外量産 量産化製造ライン

大学・国研

デバイス・材料開発・評価コンソ“要素技術開発”

アカデミア“JST、NEDOの関連Pjでも活用”

産業界

国内ﾅﾉﾌｧﾌﾞC

回路設計プラットフォーム

ナノプラ物質合成

ナノプラ微細加工 ナノプラ

構造解析

連携

利用

利用

国内ﾅﾉﾌｧﾌﾞA

国内ﾅﾉﾌｧﾌﾞB

基礎研究レベルの成果が市場化までつながるエコシステムを形成 成果が蓄積され、再利用できるR&Dの循環システムの構築“新材料・ﾃﾞﾊﾞｲｽ、新ｱｰｷ・ｿﾌﾄのｱｲﾃﾞｱをﾁｯﾌﾟで具現化、回路設計IPを資産化する場”

“開発を通じ独自IP蓄積、IPバンク構築”

“要素技術ｼｽﾃﾑ化高度化, 量産化“

“新材料開発、材料・構造評価”

産業界

“技術移転、R&Dﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑを補完”

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オープンイノベーション研究開発体制のエコシステム（IoT/AIチップ革新を目指す次世代半導体デバイスの例）

謝 辞

本報告書作成の過程で、総勢240名の産学官の専門家より、俯瞰ワークショップ参加・インタビュー・情報提供等多大なご協力をいただきました。改めて深く感謝申し上げます。

本報告書記載内容の文責は、CRDSナノテクノロジー・材料ユニットにあります。